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正弦函数、余弦函数的性质第2课时
单调性与最值课标定位素养阐释了解正弦函数和余弦函数的单调性,并能利用单调性比较大小.了解正弦函数和余弦函数的最大值与最小值,并会求简单三角函数的值域和最值.借助图象理解正弦函数、余弦函数在区间
[0,2π]上的性质.体会数学抽象的过程,提升逻辑推理和数学运算素养.自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑易
错
辨
析随
堂
练
习自主预习·新知导学一、正弦函数、余弦函数的单调性𝟐
𝟐1.观察正弦函数
y=sin
x,x∈
-
𝛑
,
𝟑𝛑
的图象,正弦函数在区间𝟐
𝟐-𝛑
,𝟑𝛑
上函数值的变化有什么特点?𝟐
𝟐提示:观察图象可知,当
x∈
-
𝛑
,
𝛑
时,曲线逐渐上升,可知
y=sin
x在区间
-
𝛑
,
𝛑
上单调递增,sin
x
的值由-1
增大到
1;当
x∈
𝛑
,
𝟑𝛑𝟐
𝟐
𝟐
𝟐𝟐
𝟐时,曲线逐渐下降,可知
y=sin
x
在区间
𝛑
,
𝟑𝛑
上单调递减,sin
x的值由1
减小到-1.2.观察余弦函数y=cos
x,x∈[-π,π]的图象,余弦函数在区间[-π,π]上函数值的变化有什么特点?推广到整个定义域呢?提示:观察图象可知,当x∈[-π,0]时,曲线逐渐上升,函数y=cos
x在区间[-π,0]上单调递增,cos
x的值由-1增大到1;当x∈[0,π]时,曲线逐渐下降,函数y=cosx在区间[0,π]上单调递减,cos
x的值由1减小到-1.推广到整个定义域可得:当x∈[(2k-1)π,2kπ],k∈Z时,余弦函数y=cosx单调递增,函数值由-1增大到1;当x∈[2kπ,(2k+1)π],k∈Z时,余弦函数y=cosx单调递减,函数值由1减小到-1.3.(1)正弦函数在每一个闭区间-
𝛑,
𝛑𝟐
𝟐(k∈Z)上都单调递增,其值从-1
增大到1;在每一个闭区间𝛑,
𝟑𝛑𝟐
𝟐(k∈Z)
上都单调递减,其值由1
减小到-1.(2)余弦函数在每一个闭区间[(2k-1)π,2kπ]
,k∈Z
上都单调递增,其值从-1
增大到1;在每一个闭区间[2kπ,(2k+1)π]
,k∈Z
上都单调递减,其值从1
减小到-1.4.函数y=sin
x
在下列区间上单调递增的是()A.[0,π]B.
𝛑
,
𝟑𝛑𝟐
𝟐𝟐
𝟐C.
-
𝛑
,
𝛑
D.[π,2π]解析:由函数y=sin
x
的单调递增区间是[-𝛑+2kπ,𝛑+2kπ],k∈Z,𝟐
𝟐𝟐
𝟐可知当
k=0
时,y=sin
x
在区间
-
𝛑
,
𝛑
上单调递增,故选
C.答案:C二、正弦函数、余弦函数的最值1.观察下图中的正弦曲线和余弦曲线.正弦曲线:余弦曲线:(1)从正弦曲线、余弦曲线上很容易看出正弦函数、余弦函数的定义域都是实数集R,值域是什么?提示:[-1,1].(2)当x取何值时,正弦函数y=sinx,x∈R分别取得最大值1和最小值-1?𝟐提示:
当且仅当
x=𝛑+2kπ,k∈Z
时,函数取得最大值
1;𝛑当且仅当x=-𝟐+2kπ,k∈Z
时,函数取得最小值-1.
𝟐
2.(1)正弦函数当且仅当
x=
𝛑+2kπ,k∈Z
时取得最大值
1,𝛑当且仅当x=-𝟐+2kπ,k∈Z
时取得最小值-1;(2)余弦函数当且仅当
x=
2kπ,k∈Z
时取得最大值
1,当且仅当x=
(2k+1)π,k∈Z
时取得最小值-1.3.函数y=2-sin
x取得最大值时x的值为
.解析:当sin
x=-1,即x=-𝛑+2kπ(k∈Z)时,𝟐函数y=2-sin
x
取得最大值3.𝟐答案:-𝛑+2kπ(k∈Z)【思考辨析】判断下列说法是否正确,正确的在后面的括号内打“ ”,错误的打“×”.(1)在区间[0,3π]上,函数y=cos
x仅在x=0时取得最大值1.(
×
)(2)存在实数
x,使得
cos
x=
.(×)(3)余弦函数y=cos
x在区间[0,π]上单调递减.(
√
)合作探究·释疑解惑探究一求正弦函数、余弦函数的单调区间𝟑【例
1】
(1)求函数
y=2sin
𝛑
-
的单调递增区间.(2)求函数y=2𝟒𝛑
-的单调递增区间.𝟑解:(1)y=2sin
𝛑
-𝟑=-2sin(x-𝛑),𝛑令z=x-𝟑,则y=-2sin
z.由y=-2sin
z
的单调递增区间为[2kπ+𝛑,2kπ+𝟑𝛑](k∈Z),𝟐
𝟐可得2kπ+𝛑≤x-𝛑≤2kπ+𝟑𝛑(k∈Z),𝟐
𝟑
𝟐𝟔解得2kπ+𝟓𝛑≤x≤2kπ+𝟏𝟏𝛑(k∈Z),𝟑所以函数
y=2sin
𝛑
-𝟔的单调递增区间为𝟔𝟓𝛑
,𝟔𝟏𝟏𝛑
(k∈Z).(2)y=2𝛑
-=2-
𝛑.结合y=|cos
x|的图象,𝟒
𝛑
𝟒𝛑
𝛑
𝛑可知kπ-𝟐≤x-𝟒≤kπ(k∈Z),得kπ-𝟒≤x≤kπ+𝟒(k∈Z).所以函数y=2𝟒𝛑
-的单调递增区间为[kπ-𝛑,kπ+𝛑](k∈Z).𝟒
𝟒反思感悟用整体替换法求函数y=Asin(ωx+φ)或y=Acos(ωx+φ)的单调区间时,如果式子中x的系数为负数,那么先利用诱导公式将x的系数变为正数,再求其单调区间.求单调区间时,需将最终结果写成区间形式.𝟔【变式训练
1】
(1)求函数
f(x)=2cos -
𝛑
的单调递增区间;𝟑
𝟒(2)已知ω
是正数,函数f(x)=2sin
ωx
在区间
-
𝛑
,
𝛑
上单调递增,求ω
的取值范围.𝟔解:(1)令-π+2kπ≤2x-𝛑≤2kπ,k∈Z,解得-𝟓𝛑+kπ≤x≤𝛑
+kπ,k∈Z,𝟏𝟐
𝟏𝟐故函数f(x)的单调递增区间是[-𝟓𝛑+kπ,𝛑
+kπ],k∈Z.𝟏𝟐
𝟏𝟐𝟐
𝟐(2)由-𝛑+2kπ≤ωx≤𝛑+2kπ(k∈Z),ω>0,得-
𝛑
𝟐𝒌𝛑≤x≤
𝛑𝟐𝝎
𝝎
𝟐𝝎
𝝎𝟐𝒌𝛑(k∈Z).故f(x)的单调递增区间是[-
𝛑𝟐𝒌𝛑
𝛑𝟐𝒌𝛑](k∈Z).根据题意,得
-
𝛑
,
𝛑
[-
𝛑𝟑
𝟒
𝟐𝝎𝟐𝝎𝟐𝒌𝛑𝝎
𝟐𝝎
𝝎𝛑𝝎
𝟐𝝎𝝎𝟐𝒌𝛑](k∈Z).从而有-𝛑𝟐𝝎𝟑-
𝛑
,𝛑 𝛑
,𝟐𝝎
𝟒,𝟑𝟐解得0<ω≤,故ω
的取值范围是𝟐,
𝟑
.探究二正弦函数、余弦函数单调性的应用【例2】利用三角函数的单调性,比较下列各组数的大小:(1)sin
196°与cos
156°;𝟓
𝟒(2)cos -
𝟐𝟑𝛑
与
cos -
𝟏𝟕𝛑
.解:(1)sin
196°=sin(180°+16°)=-sin
16°,cos
156°=cos(180°-24°)=-cos
24°=-sin
66°.∵0°<16°<66°<90°,且当0°≤x≤90°时,y=sin
x
单调递增,∴sin16°<sin
66°.∴-sin
16°>-sin
66°,即sin
196°>cos
156°.𝟓
𝟓(2)cos -
𝟐𝟑𝛑
=cos
𝟐𝟑𝛑=cos𝟑𝛑
=cos
𝟑𝛑,𝟓
𝟓cos -
𝟏𝟕𝛑
=cos𝟏𝟕𝛑=cos𝟒
𝟒𝛑
=cos𝛑.𝟒
𝟒∵0<𝛑𝟒
𝟓𝟑𝛑<π,且y=cos
x
在区间[0,π]上单调递减,∴cos
𝟑𝛑<cos𝛑,𝟓
𝟒即
cos -
𝟐𝟑𝛑
<cos -
𝟏𝟕𝛑
.𝟓
𝟒反思感悟用正弦函数或余弦函数的单调性比较大小时,应先将异名化同名,把不在同一单调区间内的角用诱导公式转化到同一单调区间,再利用单调性来比较大小.【变式训练2】
cos
1,cos
2,cos
3的大小关系是
.(用“>”连接)解析:因为0<1<2<3<π,且y=cos
x在区间[0,π]上单调递减,所以cos1>cos
2>cos
3.答案:cos
1>cos
2>cos
3探究三正弦函数、余弦函数的值域或最值𝟑
𝟔
𝟔【例
3】
(1)求函数
f(x)=2cos
𝛑
,x∈
-
𝛑
,
𝛑
的值域;𝟐
𝟔
𝟔(2)求函数
f(x)=-2cos2x+2sin
x+𝟑,x∈
𝛑
,
𝟓𝛑
的值域.解:(1)因为-𝛑<x<𝛑,所以0<2x+𝛑𝟔
𝟔
𝟑𝟑𝟐𝛑,所以-𝟏<cos
𝛑
<1,𝟐
𝟑所以函数y=2cos𝛑
,x∈
-
𝛑
,
𝛑𝟑
𝟔
𝟔的值域为(-1,2).𝟐(2)由已知可得f(x)=2sin2x+2sin
x-𝟏.𝟔
𝟔令
t=sin
x,因为
x∈
𝛑
,
𝟓𝛑
,所以
t∈
𝟏
,
.𝟐𝟐所以f(x)可化为y=2t2+2t-𝟏=2𝟏
𝟐-1,t∈
𝟏
,
.𝟐
𝟐所以当t=𝟏时,ymin=1;当t=1
时,ymax=𝟕.𝟐
𝟐所以函数f(x)的值域是𝟐,
𝟕
.反思感悟常见的与三角函数有关的求值域或最值的类型有以下几种:(1)形如y=sin(ωx+φ)或y=cos(ωx+φ)的函数,令t=ωx+φ,先根据题中x的取值范围,求出t的取值范围,再利用三角函数的单调性求出y=sin
t或y=cos
t的最值(值域).形如y=asin2x+bsin
x+c(a≠0)的函数,可先设t=sin
x,将函数
y=asin2x+bsin
x+c(a≠0)转化为关于t的二次函数
y=at2+bt+c(a≠0),再根据二次函数的单调性求值域(最值).形如y=asin
x或y=acos
x的函数的最值还要注意对a的讨论.【变式训练
3】
函数
y=2sin2x+2cos
x-3
的最大值是(
)A.-1
B.𝟏𝟐
𝟐C.-𝟏
D.-5解析:y=2sin2x+2cos
x-3=-2cos2x+2cos
x-1=-2
-𝟏
𝟐
𝟏≤-𝟏,故选C.𝟐
𝟐
𝟐答案:C易
错
辨
析求三角函数最值时忽视分类讨论致错𝟑【典例】
已知函数
y=2asin -
𝛑
+b
的定义域为𝟐,𝛑
,函数的最大值为1,最小值为-5,求a
和b
的值.错解:∵0≤x≤𝛑,∴-𝛑≤2x-𝛑𝟐
𝟑
𝟑𝟑𝟐𝛑.𝟐∴-√𝟑≤sin𝟑-
𝛑
≤1.,-
-
,则 解得-
,-
.以上解答过程中都有哪些错误?出错的原因是什么?你如何改正?你如何防范?提示:错解中默认a>0,忽视了对a<0这一情况的讨论,导致丢解.正解:∵0≤x≤𝛑,∴-𝛑≤2x-𝛑𝟐
𝟑
𝟑𝟑𝟐𝛑.𝟐∴-√𝟑≤sin𝟑-
𝛑
≤1.若a>0,则,--
,解得-
,.若a<0,则-
,-解得,--,-
.防范措施形如y=Asin(ωx+φ)+B或y=Acos(ωx+φ)+B的函数,其最值与参数A的正负有关,因此在解决这类问题时,要注意分A>0和A<0两种情况进行讨论.随
堂
练
习1.下列不等式正确的是()A.sin
11°<cos
10°<sin
168°B.sin
168°<sin
11°<cos
10°C.sin
11°<sin
168°<cos
10°D.sin
168°<cos
10°<sin
11°解析:由诱导公式,得cos
10°=sin
80°,sin
168°=sin(180°-12°)=sin
12°.因为当0°≤x≤90°时,y=sin
x单调递增,所以sin
11°<sin
12°<sin
80°,即sin
11°<sin
168°<cos
10°.故选C.答案:C2.y=sinx-|sin
x|的值域是()A.[-1,0]C.[-
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